Цианобактерии трижды переизобрели кислородное дыхание — Naked Science
31.03.2017
6 минут
Редакция
508

Цианобактерии трижды переизобрели кислородное дыхание

Международная группа ученых пришла к выводу, что общий предок современных цианобактерий (Cyanobacteria) не имел способности к фотосинтезу и его потомки научились этому самостоятельно.

2401285296_57f4963b2d_b

Один из критериев, по которым современная биология классифицирует живые организмы, — способ получения органических веществ. К основным категориям в этом случае относятся авто- и гетеротрофы: последние получают органические соединения, поглощая первых, поскольку не могут синтезировать их сами из неорганических. В свою очередь, автотрофные организмы способны, например, получить глюкозу из воды и углекислого газа и благодаря этому считаются основой жизни на Земле. При этом для таких реакций автотрофам требуется энергия, которую они получают различными способами.

 

Предполагается, что первые обитатели планеты были хемоавтотрофами, то есть извлекали энергию из окислительно-восстановительных реакций. В частности, они «встраивались» в естественные процессы, исполняя роль катализатора, после чего запасали выделенную энергию для собственных нужд. Позднее (около 3,8 миллиардов лет назад) возник второй способ добычи энергии — фотосинтез. В рамках фотосинтеза источником энергии служит солнечный свет, поглощая который, оксигенные фотоавтотрофы выделяют, а аноксигенные не выделяют кислород. Вероятно, аноксигенные организмы появились раньше оксигенных, поскольку на тот момент земная атмосфера содержала незначительный объем кислорода.

 

С развитием оксигенных фотоавтотрофов содержание кислорода в атмосфере начало увеличиваться. На первом этапе выделяемый ими кислород использовался для окисления горных пород и газов, и высоких уровней он достигал только в пределах «кислородных оазисов» — участков, населенных бактериями. Однако с истощением субстрата для окисления атмосфера начала насыщаться кислородом, что привело к кислородной катастрофе примерно 2 миллиардов лет назад. В результате «оазисы» начали формировать уже анаэробные организмы. Указанные события рассматриваются как поворотный этап в эволюции многоклеточной жизни.

 

Строение типичной клетки цианобактерии / ©Wikimedia Commons

 

Первыми оксигенными фотоавтотрофами, предположительно, были цианобактерии, которые по результатам анализа 16S рРНК представлены тремя классами: Melainabacteria, Oxyphotobacteria и базальный ML635J-21. Однако геном и метаболизм представителей последнего изучены недостаточно. Чтобы восполнить пробел, ученые из Квинслендского университета и Калифорнийского технологического института провели метаанализ геномов 41-й цианобактерии и выделили три варианта, принадлежащие ML635J-21. Подробности работы изложили в журнале Science. Авторы предложили сменить название класса на Sericytochromatia и выявили новых представителей Melainabacteria.

 

Результаты показали, что Melainabacteria и Sericytochromatia не имеют генов, необходимых для фотосинтеза, что означает отсутствие способности к нему у общего предка всех трех классов цианобактерий. Таким образом, Oxyphotobacteria, обладающие возможностью фотосинтезировать, вероятно, приобрели ее после расхождения с Melainabacteria. Причем все три класса относятся к аэробам, однако используют для дыхания разные наборы белков. По мнению исследователей, полученные данные указывают на то, что предок цианобактерий не использовал для дыхания кислород, а аэробами его потомки стали самостоятельно.

 

Подробнее об эволюции многоклеточной жизни читайте в нашем материале.

Вчера, 15:12
1 минута
Илья Ведмеденко

В Соединенных Штатах провели церемонию спуска на воду USS Cooperstown (LCS 23) — корабля прибрежной зоны Littoral Combat Ship типа Freedom. В скором времени он пополнит состав ВМС США.

Позавчера, 09:37
7 минут
Сергей Васильев

Магнитосфера Земли была достаточно сильной еще до того, как у планеты появилось внутреннее ядро и заработал механизм «геомагнитного динамо»: похоже, на первых этапах ее подпитывал совершенно другой механизм.

Вчера, 14:50
34 минуты
Александр Березин

SpaceX рассчитывает к 2050 году создать на Марсе колонию на миллион человек. Звучит абсурдно: осталось всего 30 лет, а до первого полета на Марс еще многие годы. Некоторые ученые, включая российских, считают планы Маска «фантазией» и «пропагандой». Тем не менее сама по себе постройка миллионной колонии на Красной планете вполне реальна. Разберемся, почему и отчего в это так трудно поверить остальному миру.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

17 января
7 минут
ТГУ

Старший научный сотрудник лаборатории «Гербарий» БИ ТГУ Вера Костикова совместно с новосибирскими коллегами выявила ценные лекарственные свойства у спиреи – кустарника, используемого в озеленении городов и дачных участков. Фитохимическое исследование показало, что растение обладает противовирусной и антиоксидантной активностью, что делает его перспективным для использования в медицине.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

7 января
44 минуты
Александр Березин

Вашингтон и Тегеран близки к войне как никогда за последние годы. Но, скорее всего, США не пойдут дальше ограниченных ударов. Слишком уж неприятные последствия имели предшествующие силовые операции Штатов в Иране. Попробуем разобраться, что именно их остановит на этот раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: